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智能工廠所關注的不僅僅是生產線上的機電設備，同時包括為工廠和辦公場所提供舒適環境的暖通空調、照明、變配電、壓縮空氣等系統的公共設施，目前，這些系統往往各自獨立，卻又消耗大量能源。如何將不同的系統與生產環節有效結合到一起，優化能源消耗，同時又提高整個智能工廠的可靠性和可用性，實現預防性維護，延長各個系統機電設備的使用生命周期，降低管控維護成本，這將是現代智能工廠不可或缺的一環。

圖1 基于IoT的ILC 2050 BI樓宇控制器及Emalytics智能樓宇能效管理系統

菲尼克斯電氣Emalytics智能樓宇能效管理系統（以下簡稱Emalytics系統）&ILC 2050 BI智能樓宇控制器是一整套全新的智能工廠樓宇系統解決方案，基于IoT最新技術（如OPC UA通訊、MQTT通訊、室內導航、AR虛擬現實技術、邊緣計算技術等），將為現代智能工廠帶來更多可能。在菲尼克斯電氣最新智能工廠，Emalytics助力其每年節省高達900萬人民幣的運營成本。

菲尼克斯電氣智能工廠

菲尼克斯電氣最新智能工廠（以下簡稱全新智能工廠）位于德國西北部的Bad Pyrmont，總建筑面積為53440㎡，其中67.3%為生產區域，32.7%為辦公及研發區域， 整個智能工廠包含以下重要組成部分：

• 能源管理和供配電系統；

• HVAC暖通空調系統；

• 智能照明系統；

• 監控和安防系統；
  

• 174kWp屋頂光伏發電系統；
  

• 壓縮空氣系統。

圖2 位于Bad Pyrmont的菲尼克斯電氣智能工廠

這些系統都與生產環境、能源供給息息相關，其控制系統的可靠性保證了整個工廠的有序運行，環境溫濕度的精確控制保證了所生產電子產品的質量穩定。因此采用了39套ILC 2050 BI樓宇控制器，且全部是工業級模塊化設計，滿足工業級穩定性和大規模系統應用的要求。

全新智能工廠建成后，菲尼克斯電氣邀請了德國設施管理協會以及ROTERMUND.INGENIEURE等專業機構對其做了綜合測評，包括能源消耗、技術樓宇管理（TBM）等幾方面，新工廠的運營成本僅為28.08€/㎡，是德國通常標準（49.59€/㎡）的56%，53440㎡的廠房每年共節省115萬歐元（折合約900萬元人民幣）。這驚人的成績源自于數十年的工藝經驗和最新的IoT技術的完美結合。

圖3 第三方權威機構對菲尼克斯電氣智能工廠的評測結果

特殊工藝算法降低系統能耗

運營成本的降低主要來自兩個方面，首先是優化能源消耗。經測算新工廠每年節省電能1184157.7kW·h，按照國內工業電價平均0.85元/kW·h計算，每年節省成本超過100萬元人民幣。

圖4 菲尼克斯電氣智能工廠能源管控一體化平臺

智能工廠使用的Emalytics系統提供了許多特殊的節能工藝算法。比如，在Emalytics系統中有一個專門的Free Night Cooling（夜間系統節能）模式，在較為涼爽的夏季根據室內外溫濕度自動判定系統啟動條件，可以讓室外較低溫度的新風冷卻室內的環境，這樣就可以節省制冷機系統啟動的能源。

圖5 Free Night Cooling（夜間系統節能）模式

Emalytics系統中還有一個工藝功能包，將空調機組的加熱單元、制冷單元、回風閥單元以及熱回收輪放在一個工藝功能塊里連鎖控制，以便在寒冷的冬季或炎熱的夏季盡可能多的從室內回風中回收熱能或冷能，有效降低鍋爐或冷機系統的能耗。

圖6 空調機組（AHU）的智能連鎖調節工藝功能塊

在新智能工廠中有大量的如注塑機這樣的生產設備，其運行狀態與能耗也納入了Emalytics系統，這樣不但可以監測到生產設備的運行情況及能耗，同時也可以根據生產設備的運行情況及發熱量，對暖通系統進行預調節，優化熱能回收。

圖7 Emalytics智能樓宇能效管理系統與生產設備的結合，實現IoT功能

在新工廠的建筑照明系統中，室內燈光可以根據光照度和人體感應探頭自動調節燈光開關和亮度，同時在辦公區域的燈光可以根據時間自動調節色溫，在早上和午后使用冷白色的燈光，激勵室內人員工作；在中午和下班后使用溫暖的燈光，讓人體感到放松。這些燈光的調節都是通過DALI照明總線直接接入ILC 2050 BI控制系統，不但便于布線，還可以實現燈光調節，并且數萬盞LED燈具的狀態也可直接監測到，大大降低了維護成本。每年通過調光節省的電能高達24896.84kW·h。

圖8 舒適且節能的智能照明系統及相關工藝算法功能塊

實現設備預防性維護

運營成本降低的另一個方面是因為降低了技術樓宇管理（TBM）成本。現代大型智能工廠和樓宇中的機電設備龐雜，這就大大增加了管控維護成本，傳統的控制方式是通過開關量和模擬量來控制設備運轉，并不注重設備的狀態，不便于維護。而全新智能工廠中大量使用了帶總線通訊的智能設備，這樣不但減少了施工布線成本，而且智能設備的工作狀態，運行參數以及故障信息都可發送到控制系統。

圖9 IoT的控制系統連接智能的現場設備

ILC 2050 BI支持多種協議：BAC net/IP ，Modbus TCP，Modbus RTU，LON，KNX/IP，SNMP， DALI等，可輕松集成各種智能設備。同時Emalytics軟件系統針對不同設備配備了各種軟件模型，可將設備信息完整的顯示出來。如圖10所示，變頻風機的功能塊可完整的顯示風機狀態和各種可能的故障信息。

在Emalytics一體化平臺中，不但可以監控到各個智能設備的運行狀態和能耗數據，同時各設備的狀態和診斷信息也一應俱全，對于一些重要參數（如運行溫度、震動、扭矩、運行時間等值）會做比對和記錄，如果發現某臺設備連續出現極限值時，會做出智能判斷并報出警告。

圖10 預防性維護建立在針對智能設備信息模型的大量數據分析上

當出現警報時系統不但會在一體化平臺上顯示，而且會根據警報的級別自動發郵件或短信到維護人員的智能終端上。這樣就實現了預防性維護，而且當故障發生時，系統會直接提醒故障信息，避免了沒出故障靠巡檢，出了故障不知道怎么處理的情況。

IoT功能帶來無限可能

基于IoT的Emalytics系統還支持OPC UA、MQTT之類的通訊協議，可以實現更多IoT的功能。

• 通過郵件系統預定室內暖通、照明系統啟停，可實現與生產排產計劃的對接。
  

• 與屋頂光伏發電系統及電動汽車充電樁系統集成。
  

• 通過Emalytics系統實現AR操作，助力打造智能工廠。
  

菲尼克斯電氣智能工廠樓宇控制系統，擁有經典的工業級模塊化設計，支持眾多行業通訊協議，結合德國工匠數十年經驗的獨特算法工藝包，將幫助用戶的智能工廠和樓宇實現真正的能源優化和預防性維護，從而大大節約運營成本，基于IoT的眾多功能將為各行業用戶的智能工廠創造無限可能。

摘自《自動化博覽》2020年1月刊